菏泽市西门子代理商

1. 1 引言

在保护材料生产行业，配料通常是将原材料按某种比例均匀混合在一起， 用以形成一种新的材料，因此配料是这类行业生产的重要组成部分。在生产过程中，各种原料要严格按比例进行均匀混合，就必须靠配料机械来完成，目前工厂一般使用两种方法，第一种方法采用人工称重，然后将成比例的各种原材料同时放入配料机中搅拌。另一种方法是自动称重，自动搅拌。由于很多原始材料为粉状或颗粒，人工配料时，人体容易吸入粉尘等杂物，导致职业病出现，增加了生产风险和劳动力成本，同时配料品种繁多，数量巨大，因此人工配料难以现场管理，很容易出现误配，不但质量难以保证，同时也增加了管理成本。为了保证产品质量，提高生产效率，要求采用准确、可靠的自动配料系统。

 

2 基于 PLC、 工控机和称重仪表的配料系统

 

在河南西峡保护材料集团现有的配料系统中，工人首先将材料运送到称重车间，称重完之后，再将材料手动送到配料机上进行配料，称重车间使用了杭州四方的称重仪表进行称重，通过RS232口和工控主机相连，位于中控室的工控主机负责记录称重结果，显示称重数据，同时，控制人员可以在中控室通过控制电路手动控制配料过程的起停。
 

这种方式效率低下，同时，主机上运行的是C语言开发的DOS程序 [1] ，可扩性差，人机交互困难，不能完成自动配料的所有要求。为了提高生产率，降低成本，需要采用全自动配料系统。

新系统采用主从式结构。 以工控机为上位主机，以西门子PLC [2] 、变频器和称重仪表为下位从机。主机处于主导地位，实现对各从机的通信管理和控制，将工控机的RS-232异步通信口经电平转换后与PLC相连，形成上、下位机通信的一个物理通道；将主机的另一个RS-232口和称重仪表的通信口相连，构成第二个物理通道。上位机采用轮询方式，逐个与从站通信。上位机把任务规划的结果传送给PLC，在PLC进行控制的过程中，上位机使用上位机连接命令监视下位机的运行状态和数据区内容，实时读取PLC的内部状态以及称重仪表的实时数据，在上位机上显示。
 

总体上讲，系统具有如下功能：
①全自动配料，在设定好配方之后，系统自动按照配方称重配料，无需操作人员干预；
②具有报表功能，可以产生日报表，实时报表和月报表、年报表等；
③动态增加和修改报表，系统通过设定权限，赋予技术人员或操作人员修改，增加配方的权利，同时记录该次修改的日期和操作人员编号；
④断电恢复功能，系统能够在突然断电的情况下， 恢复断电前的测量记录；
⑤局域网共享功能， 主机在局域网内可以共享数据，方便车间主管了解工程进度和其他情况。

2.1 系统的组成
整个全自动配料混合系统由工控机、PLC、工业称重仪表、变频器、振动电机、混料机、传感器、传送带等部分组成。
上位工控机提供人机交互界面， 完成控制信息输人、数据管理、进行数据显示、存储、统计和报表等功能，上位机采用IPC810工控机，它的主要工作如下： 工控主机首先根据操作人员的指令， 读取某个编号的配方， 然后， 根据配方中配料的比例及先后顺序，向PLC发出开始配料的指令，使得PLC能够起动特定的变频器。在配料过程中，工控主机以轮询的方式，一方面实时读取PLC的状态字，了解PLC及PLC下级设备的运行状态； 另一方面实时读取安装在配料机上的称重仪表的称重数据， 按照配料策略， 当称重接近配方中的设定值时， 主机向PLC发出停止本次配料的指令。 当一个配方上的所有材料都配完后， 整个配料过程暂停，等待操作人员的指令。
系统运行过程中，PLC与上位机实时通信，从而保证界面上显示的数据与现场实际数据的一致性，操作人员在上位机上发出的操作命令和设定参数都可以实时送到PLC，PLC的主要工作有：①接收上位机发送来的命令，通过变频器控制振动电机的起、停和快慢；②将变频器的运行状态实时写入内存数据区，供工控机读取；③将自身的各种状态以状态字的形式准备好，共工控机实时读取。
2.2 控制策略及配料过程
通过对配料过程的特点进行分析，得到配料过程具有如下特点：
（1）被控对象是单向的不可逆系统。原料没有办法从配料机中重新回到传送带上。
（2） 具有明显的时滞性。 当配料达到设定值时，PLC控制电机停止传送原料，这时传送带上具有部分原料无法回收，所以系统具有明显的时滞性。
（3）受控特性是开关性的。系统的起、停控制等都是开关量。
（4）配料系统在正常工作区内是线性的。
因此，我们考虑采用快速、慢速、提前发出停止加料指令等控制策略， 同时利用PLC的互锁技术确保配料的顺利进行。系统起动后，工控机向PLC发出开始加料信号，PLC控制变频器驱动电机进行快速加料， 同时， 工控主机通过串口持续不断的读取称重仪表的称重数据， 当重量值接近设定值时， 工控主机向PLC发出停止加料的控制指令，此时，PLC控制变频器进行慢加，通过事先估计出传送机构上原料的残余， 设定值和实际加料的差值和传送机构上原料的残余相当时，PLC真正发出停止指令，该指令由变频器执行， 从而控制电机停机， 停机后传送机构上的原料无残余，配料精度符合要求。流程如图1所示。

 供应商不允许用户和机器制造商拷贝软件或者将其下载在其他计算机上。当然，如果有任何的软件可以复制，你就能把它拷贝在其他计算机上面。但是，就和微软防止“盗版”的方式一样，这些软件无法在其他机器上运行。防止盗版的方法包括需要插入加密狗（软件保护器），或者一个产品激活程序。加密狗是一个包含软件运行需要的电子序列号的硬件密匙，而产品激活则需要用户确认许可，一般都是输入产品密匙或者序列号来激活并使用软件。

    软件许可的成本取决于软件供应商的定价策略、开发许可的数量、数据点的数量、附加部件、运行许可的数量、年度维护费用以及其他一些因素。这些费用在一开始的时候并不会在价格中体现出来。所以说，软件的初始报价实际上是一个缩水的费用，如果想使用任何服务，都需要加钱。

   
需要的软件成本

    典型的PLC应用一般需要购买：PLC编程软件、HMI开发软件、SQL/数据库许可、数据I/O服务器、附加工具和部件以及HMI运行许可。当然，这其中的每一项都有独立的软件许可。软件开发商需要将其技术、经验和创造力都融入到产品之中，才能开发出用户需要的程序。

    运行许可费用是软件厂商的另外一项主要的收入来源。运行许可是软件厂商控制分销的重要方法，并为之创造了又一个利润源泉。基本上，软件厂商对每创造一项应用都会收取费用，并且会限制你创建应用的类别，然后再根据你的使用情况收费。

    还有一些供应商提供另外一种开源软件解决方案。让用户和机器制造商谈论如何通过购买替代软件来避免这些成本，是非常困难的。很多情况下，他们只是同PLC供应商建立了一些关系，并且实现了PLC硬件的标准化。

    举例来说，一家主要的自动化供应商提供一款基于OPC的软件解决方案，可以连接HMI软件包和PLC。如果用户使用这款HMI开发工具建立了一个接口应用，软件就会提供驱动以及其他便于PLC通讯的连接部件。接下来，用户就需要为每一台他们希望运行软件的机器购买副本，并且为每一个副本缴纳每年的软件维护费用。

    尽管供应商提供的软件都是专利型的，需要许可，并且用户不能修改，但是这些软件大多数都是使用微软的Visual Studio编写的。任何供应商能做的事情，机器制造商或者终用户也可以做。关于HMI/SCADA、数据通讯、SQL以及其他很多软件包来说，并没有什么秘密的、专利性的或者困难的事情存在。在开源市场上的非PLC供应商那里，可以买到很多这一类的软件包。有经验的微软Visual Studio编程人员可以完成任何相关的工作。